(57)【要約】風力発電装置が備える進相コンデンサを有効利用するとともに系統側の力率改善に寄与できる風力発電装置の保守運転方法及び風力発電装置を提供する。回転翼２の回転を受けて駆動される誘導発電機３と、誘導発電機３の出力を配電系統５０に出力する発電出力ライン５と、発電出力ライン５に並列接続された１又は複数の進相コンデンサ１０とを有する風力発電装置１の保守運転方法において、保守モード選択時に、進相コンデンサ１０と発電出力ライン５との接続を解除する第１のステップと、手動操作若しくは自動操作により、進相コンデンサ１０と発電出力ライン５との接続を復帰させる第２のステップとを有し、発電出力ライン５に接続復帰された進相コンデンサ１０が、配電系統５０との連系部６０を介して配電系統５０側のリアクトル負荷５３、５４の力率改善を行うようにした。
2011101970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼の回転を受けて駆動される誘導発電機と、前記誘導発電機の出力を配電系統に出力する発電出力ラインと、前記発電出力ラインに並列接続された１又は複数の進相コンデンサとを有する風力発電装置の保守運転方法において、
前記回転翼をフェザリング（回転停止）状態に置く保守モード選択時に、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を解除する第１のステップと、
手動操作若しくは自動操作により、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を復帰させる第２のステップとを有し、
前記発電出力ラインに接続復帰された前記進相コンデンサが、前記配電系統との連系部を介して配電系統側のリアクトル負荷の力率改善を行うことを特徴とする風力発電装置の保守運転方法。
【請求項２】
地上若しくは水上に立設させたタワーに支持されたナセル、およびそのナセルに翼ピッチ制御可能に取り付けられた複数の回転翼を備え、
前記回転翼の回転を受けて駆動される誘導発電機を前記ナセル内に収納するとともに、前記発電機の出力を配電系統に出力する発電出力ラインと、前記発電出力ラインに並列接続された１又は複数の進相コンデンサとを前記ナセル若しくは前記タワー内に収納した風力発電装置において、
前記ナセル若しくは前記タワーの少なくとも一方に、前記発電出力ラインと前記進相コンデンサとの接続若しくは接続解除を行う制御回路を設け、
前記制御回路は、前記回転翼を回転状態からフェザリング（回転停止）状態に置く保守モード切り替え時に、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を解除する第１の制御部と、
外部に設けた操作信号生成手段からの操作信号により、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を復帰させる第２の制御部と、
前記発電出力ラインに接続復帰された前記進相コンデンサを、配電系統との連系部を介して前記配電系統側に接続する第３の制御部とを備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
前記外部に設けた操作信号生成部が、前記ナセル若しくは前記タワーの少なくとも一方に設けられた接続端に接続される接続部と、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除を行う操作信号を生成する操作ボタンを有する操作端群と、前記操作端の操作状態を表示する表示部とを備えた風力発電装置用ハンディ端末であることを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記進相コンデンサが前記発電出力ラインに複数並列接続されており、前記操作端群は、前記複数の進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除をそれぞれ個別に設定可能であることを特徴とする請求項３記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発電機と進相コンデンサとを有する風力発電装置の保守運転方法及び風力発電装置に係り、特に、地上若しくは水上に立設させたタワーと、該タワーにヨー制御可能に支持されたナセルと、該ナセルに翼ピッチ制御可能に取り付けられた複数の回転翼とを備えた風力発電装置にて、進相コンデンサにより力率改善を行うようにした風力発電装置の保守運転方法及び風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全の観点から、再生可能エネルギーの一つである風力を利用した風力発電装置の普及が進んでいる。
風力発電装置のうち大型の装置は、回転翼が取り付けられたロータヘッドと、ドライブトレイン及び発電機を収納するナセルと、ナセルを支持するタワーとで構成されている。ここでドライブトレインは、ロータヘッド側から発電機側にトルクを伝達するためのものであり、通常は増速機が組み込まれ、ロータヘッドの回転を増速して発電機に入力するようにした、いわゆるナセル型風力発電装置が多く採用されている。【０００３】
このような風力発電装置には誘導発電機が広く用いられている。しかし、誘導発電機では、運転力率は発電機出力に対応して決定するため力率制御することができなかった。そこで従来は、風力発電装置の発電出力ラインに進相コンデンサを並列接続し、発電出力の遅れ力率を改善することが行われている。【０００４】
例えば、特開平１１−４１９９０号公報（特許文献１）には、誘導発電機の出力ラインに電磁開閉器を介して進相コンデンサを接続した発電ユニットを複数並設し、発電総合出力の低下に応じて出力ラインに接続される進相コンデンサの個数を増大させ、発電出力の力率を一定に制御する構成が開示されている。また、特開２００６−１０９５６８号公報（特許文献２）には、誘導発電機と配電系統とを結ぶ出力ラインに連系装置を介挿しており、この連系装置は、誘導発電機を配電系統に連系させるためのコンタクタを有し、コンタクタと配電系統との間の出力ラインにスイッチング素子を介して進相コンデンサを接続した構成が開示されている。この構成によれば、コンタクタをオンする前に進相コンデンサを出力ラインに接続させることで、誘導発電機の系統連系時における電力変動の抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−４１９９０号公報
【特許文献２】特開２００６−１０９５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の風力発電装置が備える進相コンデンサを用いた力率改善回路は、発電出力の力率改善のみを目的としており、風力発電装置の待機状態又は停止時には進相コンデンサを解列してこれを使用していなかったため、進相コンデンサの利用率は高くなかった。【０００７】
一方、配電系統内にはリアクトル負荷が多く存在し、これらのリアクトル負荷には遅れ力率が発生するが、これを改善するために個々の負荷に対して力率改善回路を装備することはコスト面から難しかった。また、例えば、系統側の各家庭や事業所等に設けられるエアコン等のインバータ機器に進相コンデンサを投入すると、発熱や発火のおそれがでてくるため、進相コンデンサ設置は発熱や発火の問題が生じない電気機器類に限られていた。
力率改善回路を備えないリアクトル負荷が多く存在すると、総合的な系統力率が低下して皮相電力が大きくなり、これに対応するため変圧器や遮断器等の容量を大きくしなければならなくなる。【０００８】
したがって、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、風力発電装置が備える進相コンデンサを有効利用するとともに系統側の力率改善に寄与できる風力発電装置の保守運転方法及び風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る風力発電装置の保守運転方法は、回転翼の回転を受けて駆動される誘導発電機と、前記誘導発電機の出力を配電系統に出力する発電出力ラインと、前記発電出力ラインに並列接続された１又は複数の進相コンデンサとを有する風力発電装置の保守運転方法において、前記回転翼をフェザリング（回転停止）状態に置く保守モード選択時に、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を解除する第１のステップと、手動操作若しくは自動操作により、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を復帰させる第２のステップとを有し、前記発電出力ラインに接続復帰された前記進相コンデンサが、前記配電系統との連系部を介して配電系統側のリアクトル負荷の力率改善を行うことを特徴とする。【００１０】
本発明によれば、保守モードで風力発電装置が待機状態又は停止している時に、発電出力ラインから接続が解除された進相コンデンサを、手動操作若しくは自動操作により再度発電出力ラインに接続することで、進相コンデンサを配電系統側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置が備える進相コンダクタを有効利用するとともに系統側の力率改善に寄与することが可能となる。なお、配電（商用）系統とは、商用電源から負荷に給電する系統をいう。【００１１】
また、本発明に係る風力発電装置は、地上若しくは水上に立設させたタワーに支持されたナセル、およびそのナセルに翼ピッチ制御可能に取り付けられた複数の回転翼を備え、前記回転翼の回転を受けて駆動される誘導発電機を前記ナセル内に収納するとともに、前記発電機の出力を配電系統に出力する発電出力ラインと、前記発電出力ラインに並列接続された１又は複数の進相コンデンサとを前記ナセル若しくは前記タワー内に収納した風力発電装置において、前記ナセル若しくは前記タワーの少なくとも一方に、前記発電出力ラインと前記進相コンデンサとの接続若しくは接続解除を行う制御回路を設け、前記制御回路は、前記回転翼を回転状態からフェザリング（回転停止）状態に置く保守モード切り替え時に、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を解除する第１の制御部と、外部に設けた操作信号生成手段からの操作信号により、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を復帰させる第２の制御部と、前記発電出力ラインに接続復帰された前記進相コンデンサを、配電系統との連系部を介して前記配電系統側に接続する第３の制御部とを備えることを特徴とする。【００１２】
本発明によれば、保守モードで風力発電装置が待機状態又は停止している時に、発電出力ラインから接続が解除された進相コンデンサを、外部の操作信号生成手段からの操作信号に基づき制御回路により再度発電出力ラインに接続することで、進相コンデンサを配電系統側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置が備える進相コンダクタを有効利用するとともに系統側の力率改善に寄与することが可能となる。また、これらの一連の制御を風力発電装置の制御回路に行わせる構成としたため、風力発電装置の動作に応じて、進相コンデンサを最も効率的に利用することが可能となる。【００１３】
さらに、前記外部に設けた操作信号生成部が、前記ナセル若しくは前記タワーの少なくとも一方に設けられた接続端に接続される接続部と、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除を行う操作信号を生成する操作ボタンを有する操作端群と、前記操作端の操作状態を表示する表示部とを備えた風力発電装置用ハンディ端末であることが好ましい。【００１４】
これは、進相コンデンサの接続若しくは接続解除を指令する操作信号を、風力発電装置に接続可能なハンディ端末から入力する構成としたため、風力発電装置のメンテナンス時などに、風力発電装置の待機又は停止操作に対応して現場の作業員が迅速に進相コンデンサの再投入を行うことができ、利便性が向上するとともにコンデンサの利用率を高めることも可能となる。【００１５】
さらにまた、前記進相コンデンサが前記発電出力ラインに複数並列接続されており、前記操作端群は、前記複数の進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除をそれぞれ個別に設定可能であることが好ましい。
このように、配電系統側で推定される遅れ力率に応じて各進相コンデンサの接続を個別に設定することで、安定的に系統側の力率改善を行うことが可能となる。また、進相コンデンサの状態に応じて接続若しくは接続解除を選択可能であるため、機器の耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上記載のように本発明によれば、保守モードで風力発電装置が待機状態又は停止している時に、発電出力ラインから接続が解除された進相コンデンサを、手動操作若しくは自動操作により再度発電出力ラインに接続することで、進相コンデンサを配電系統側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置が備える進相コンダクタを有効利用するとともに系統側の力率改善に寄与することが可能となる。
また、これらの一連の力率改善制御を風力発電装置の制御回路に行わせる構成とすることにより、風力発電装置の動作に応じて、進相コンデンサを最も効率的に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る風力発電装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る風力発電装置の保守方法を示す基本フロー図である。
【図３】風力発電装置の具体的構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る風力発電装置の機能ブロック図である。
【図５】ハンディ端末の動作を示すフローチャートである。
【図６】ハンディ端末の初期画面の一例を示す図である。
【図７】ハンディ端末のコンデンサ投入設定画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
まず最初に、図１を参照して、本発明の実施形態に係る風力発電装置の全体構成を説明する。
風力発電装置１は、回転翼２の回転を受けて駆動される誘導発電機３と、誘導発電機３の出力を配電系統５０に出力する発電出力ライン５と、発電出力ライン５に並列接続された１又は複数の進相コンデンサ１０（１０Ａ、１０Ｂ）とを有する。
【００２０】
発電出力ライン５上には変圧器７が設けられ、誘導発電機３と変圧器７の間にはリレースイッチ６が介挿されている。
さらに、発電出力ライン５には、リレースイッチ９（９Ａ、９Ｂ）を介して進相コンデンサ１０が並列接続されている。リレースイッチ９は、進相コンデンサ１０を発電出力ライン５に接続、解列するために配置される。なお、進相コンデンサ１０が複数設けられている場合には、発電出力ライン５に対してそれぞれ接続、解列可能なように、複数の進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂごとにリレースイッチ９Ａ、９Ｂが設けられていることが好ましい。
【００２１】
また、風力発電装置１は、該装置の保守又は運転制御を行う制御回路２０を有している。制御回路２０は、主に、風力発電装置１が具備する各機器からセンサ信号を受け取り、このセンサ信号に基づいて各機器の制御を行うものである。
さらに本実施形態の風力発電装置１は、外部に設けた操作信号生成部を有しており、制御回路２０はこの操作信号生成部からの操作信号を受け取り、操作信号に基づき風力発電装置１の保守又は運転制御を行う構成を備えることが好ましい。
操作信号生成部は、ハンディ端末３０であってもよく、以下の説明では一例として操作信号生成部にハンディ端末３０を用いた場合を示している。
【００２２】
発電出力ライン５は、変圧器７の後流側で、連系部６０を介して配電（商用）系統５０に連系している。連系部６０には、系統連系盤（図示略）が設けられていてもよく、系統連系盤は発電出力ライン５と配電系統５０の連系に必要な機器を装備していることが好ましい。
配電系統５０は、商用電源５１から変圧器５２を介してリアクトル負荷５３、５４に給電する系統をいう。本実施形態でリアクトル負荷５３、５４は、商用電源５１と風力発電装置１を用いた併用型の配電系統５０に接続される電気機器である。特に、リアクトル負荷５３、５４は、風力発電装置１が設けられた設備内の機器や、風力発電装置１が有する補機であってもよい。
【００２３】
このような構成を有する風力発電装置１において、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂは、主に、風力発電装置１の運転時に発電出力の力率改善を行うために用いられる。すなわち、風力発電装置１の運転時、発電出力ライン５上のリレースイッチ６を制御回路２０により閉に制御するとともに、リレースイッチ９Ａ、９Ｂも閉にし、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂが発電出力ライン５に接続された状態として、発電出力の力率改善を実施する。
【００２４】
これに加えて本実施形態では、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを、風力発電装置１の待機状態又は停止時にも使用する構成とし、配電系統５０側の力率改善に寄与するようにした。
図２を参照して、本発明の実施形態に係る風力発電装置の保守方法を示す基本フローにつき説明する。
制御回路２０により風力発電装置１の保守モードが選択された時、回転翼２はフェザリング（回転停止）状態に制御され、風力発電装置１は待機状態になるか又は停止される（Ｓ１）。このとき、制御回路２０によりリレースイッチ９Ａ、９Ｂは開に制御され、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂと発電出力ライン５との接続は解除される（Ｓ２）。この状態が、一般的な風力発電装置１の待機又は停止状態である。
【００２５】
本実施形態では、保守モードに設定された後、必要に応じて手動操作若しくは自動操作により、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの発電出力ライン５への接続を復帰させる（Ｓ３）。
このように、保守モードで風力発電装置１が待機状態又は停止している時に、発電出力ライン５から接続が解除された進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを、手動操作若しくは自動操作により再度発電出力ライン５に接続することで、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを配電系統５０側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置１が備える進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを有効利用するとともに系統５０側の力率改善に寄与することが可能となる。
【００２６】
次に、本実施形態の変形例として、ナセル型風力発電装置において、ハンディ端末３０を用いて進相コンダクタ１０の投入設定（配電系統の力率改善）を行う場合につき説明する。
【００２７】
図３は風力発電装置の具体的構成例を示す図である。
風力発電装置１は、地上若しくは水上の基礎上に立設されたタワー１１と、タワー１１の上端に設置されたナセル１２と、ナセル１２に取り付けられたロータヘッド１３と、ロータヘッド１３に取り付けられた複数枚の回転翼２と、回転翼２をピッチ駆動させるピッチ駆動装置１４とを有している。
【００２８】
タワー１１は、基礎から上方に延びる柱状であり、例えば、一本の柱状部材で構成してもよいし、複数のユニットを上下方向に連結して柱状に構成してもよい。タワー１１が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル１２が設置される。
ナセル１２は、ロータヘッド１３を支持するとともに、その内部にドライブトレイン１５や誘導発電機３を収納している。
ドライブトレイン１５は、ロータヘッド１３に連結された主軸１６と、主軸１６に連結された増速機１７と、増速機１７を誘導発電機３に連結するカップリング１８とを有する。
【００２９】
主軸１６は、回転翼２およびロータヘッド１３とともに回転するようにロータヘッド１３に連結されるとともに、主軸受によって回転可能にケーシング側に固定されている。
増速機１７は、主軸１６とカップリング１８との間に配置され、主軸１６を介してロータヘッド１３側から入力された回転を増速して、カップリング１８に出力するようになっている。増速機１７は、特に限定されないが、例えば、遊星増速機構および平歯車増速機構（いずれも不図示）を組み合わせたものを用いることができる。
ピッチ駆動装置１４は、回転翼２を軸線（図中、一点鎖線）周りに回転させて回転翼２のピッチ角を変更する。
【００３０】
制御回路２０は、タワー１１下部に設置されたタワー側制御回路２０Ａと、ナセル１２内に収容されたナセル側制御回路２０Ｂとを有し、両制御回路２０Ａ、２０Ｂは電気的に接続されている。
タワー側制御回路２０Ａは、発電盤１９内に収納されている。さらに発電盤１９には、発電出力ライン５に並列接続された進相コンデンサ１０が収納されていてもよい。
また、タワー側制御回路２０Ａと、ナセル側制御回路２０Ｂに対応して、風力発電装置１にそれぞれ接続端２５Ａ、２５Ｂが設けられている。接続端２５Ａはタワー側制御回路２０Ａに、接続端２５Ｂはナセル側制御回路２０Ｂに電気的に連結している。そして、この接続端２５Ａ、２５Ｂを介してハンディ端末３０からの各種操作信号が制御回路２０Ａ、２０Ｂ内に入力されるようになっている。
【００３１】
図４は本発明の実施形態に係る風力発電装置の機能ブロック図である。なお、同図では風力発電装置１とハンディ端末３０とを別々に記載しているが、ハンディ端末３０は風力発電装置１の外部操作信号生成部であるため装置に含まれるものである。
【００３２】
風力発電装置１の接続端２５及びハンディ端末３０の接続部３１は、複数の風力発電装置１において標準化されており、ハンディ端末３０はいずれの風力発電装置１にも接続可能となっている。
なお、ハンディ端末３０の接続部３１は、風力発電装置１の接続端２５に対して直接接続されてもよいし、伝送ケーブルを介して接続されてもよい。このような接続方法によってハンディ端末３０から風力発電装置１にデータ伝送される構成とすることにより、データ転送容量が大きくなり、複数の制御ロジックの操作信号を短時間で伝送することが可能となる。
【００３３】
風力発電装置１は、主として、接続端２５と、入出力インタフェース２６と、複数の制御ロジックを有する制御回路２０とを備える。
制御回路２０は、接続端２５を介して、ハンディ端末３０より入力された操作信号や各種センサ類からの検出信号を受け取り、各種演算処理を実行して制御信号を生成し、この制御信号を風力発電装置１の各機器に送る。
この制御回路２０は、不図示のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶装置等を含むハードウェアで構成され、これらのハードウェアにより制御ロジックの機能が実現されることが好ましい。なお、ここでは一例として、各制御ロジックはソフトウェアによって実現される場合を示しているが、ハードウェアロジック（ロジック回路）によって構成してもよいことは勿論である。
【００３４】
入出力インタフェース２６は、ハンディ端末３０や各種センサ類や各種設備機器等から信号を受け取り、各制御回路２０に渡すとともに、制御回路２０で生成した制御信号を各機器に伝送する。なお、前記接続端２５を含んで入出力インタフェース２６と呼んでもよい。
制御ロジックは、ハンディ端末３０より入力された操作信号ａ１、ａ２、ａ３により動作条件が設定され、この動作条件の下で制御ロジックにより演算処理して制御信号ｂ１、ｂ２、ｂ３を生成する。
操作信号ａ１、ａ２、ａ３は、制御ロジックを選択的に有効にするための選択信号や、制御ロジックの条件設定を行なう数値信号であり、この操作信号が制御回路２０に入力されることにより、制御ロジックの有効・無効が設定されたり、制御ロジックに数値条件が入力されたりし、これらの動作条件下で制御ロジックにより制御信号ｂ１、ｂ２、ｂ３が生成される。
【００３５】
本実施形態では、制御ロジックは、少なくとも進相コンデンサ１０の接続又は解列を含む力率改善制御ロジック２１を含む。
力率改善制御ロジック２１は、保守モードへのモード切り替え信号を受けて、発電出力ライン５から進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを解列する第１の制御部２２と、ハンディ端末３０から入力された操作信号により、発電出力ライン５と進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂとの接続を復帰させる第２の制御部２３と、発電出力ライン５に接続復帰された進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを、配電系統５０との連係部６０を介して配電系統側に接続させる第３の制御部２４とを有する。なお、発電出力ライン５と進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂとの接続や解列は、リレースイッチ９Ａ、９Ｂで行うことができ、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂと配電系統５０側との接続は、リレースイッチ６で行うことができる。この力率改善制御ロジック２１は、上述の図２に記載した制御とほぼ同一の内容を含む。
【００３６】
制御回路２０は上記したような制御ロジックを複数有していてもよく、同一サイト内に設置された複数の風力発電装置１において、制御ロジックの組み合わせは共通であることが好ましい。このように、風力発電装置１の制御回路２０が、同一サイト内の他の風力発電装置１に対応可能な共通の制御ロジックを有することにより、制御回路２０の構成を標準化することができ、コスト低減が図れる。
【００３７】
ハンディ端末３０は、主として、接続部３１と、操作端群３２と、表示部３４とを有する。さらにこれに加えて、パネル制御部３８と、操作ボタン制御部３９と、画面表示制御部４０とを有していてもよい。
このハンディ端末３０は、風力発電装置１の運転操作モードと保守モードとを選択的に切り替えて、対応するそれぞれのモードで所定の制御動作を行なわしめるものである。
【００３８】
表示部３４は、操作端の操作状態を表示するもので、液晶ディスプレイ等が用いられる。
操作端群３２は、風力発電装置１内に組み込まれた制御回路２０内の制御ロジックを選択的に有効とする操作信号を生成する。この操作端群３２は、表示部３４とは別に設けたキーボード等であってもよいが、好ましくは、表示部３４の上面に接触操作可能なタッチパネル３３とする。なお、ここで用いるタッチパネル３３の動作方式は一般的な方式（例えば、抵抗膜方式）を用いることができる。
【００３９】
また、操作端群３２は、制御回路２０の保守モードと運転操作モードとを選択的に有効とするモード選択ボタン３５と、複数の制御回路２０のうち操作権利を付与する制御回路を選択する操作権利選択ボタン３７と、モード選択ボタン３５による保守モード選択時に、進相コンデンサの投入設定を行うコンデンサ投入設定ボタン３７とを有する。これらの操作ボタンは、タッチパネル３３により表示部３４に表示させることが好ましい。
【００４０】
パネル制御部３８は、操作端が表示部３４に表示されたタッチパネル３３である場合に設けられ、タッチパネル３３上に目的とする操作ボタンを現出させるとともに、この操作ボタンの押圧を検出して操作信号を生成する。このように、パネル制御部３８によってタッチパネル３３上に目的とする操作ボタンを現出させることにより、設定画面と操作ボタンとを画面上に同一表示可能で、かつスイッチング操作可能となり、視覚的に操作しやすくなる。また、パネル制御部３８は、保守モードが選択された際にコンデンサ投入設定ボタン３７が表示部３４に現出するように構成することが好ましい。
【００４１】
操作ボタン制御部３９は、主に、操作端群３２が有する操作ボタンの表示部３４への現出制御若しくは有効・無効の制御を行う。この操作ボタン制御部３９により、作業内容に応じて操作ボタンを表示部３４に現出させたり、操作ボタンの有効・無効を制御可能となり、ハンディ端末３０の操作性能を向上させることができる。特に、一つの風力発電装置１が複数の制御回路２０Ａ、２０Ｂを有する場合において、操作ボタン制御部３９によって、必要に応じて操作ボタンの表示制御、有効・無効制御を行うことにより、２つの制御回路からの操作信号が混在してしまい保守制御の挙動が不安定となったり、メンテナンス作業の安全性が低下することを防止できる。
【００４２】
さらに、操作ボタン制御部３９は、制御回路２０が複数存在する場合に、いずれかの制御回路２０に操作権利を付与するための操作権利選択ボタン３７を現出させる機能を有することが好ましい。操作権利とは、操作ボタンから入力された操作の有効、無効を設定するもので、操作権利が与えられた制御回路２０に接続されたハンディ端末３０からは操作を受け付けるが、操作権利が与えられない制御回路２０に接続されたハンディ端末３０からは操作が受け付けられない。このとき、操作権利により操作の有効、無効の制約がかけられる操作ボタンを予め設定するようにしてもよい。
【００４３】
このように、保守モードで風力発電装置１が待機状態又は停止している時に、発電出力ラインから接続が解除された進相コンデンサ１０を、ハンディ端末３０からの操作信号に基づき制御回路２０により再度発電出力ライン５に接続することで、進相コンデンサ１０を配電系統５０側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置１が備える進相コンデンサ路を有効利用するとともに系統５０側の力率改善に寄与することが可能となる。また、これらの一連の制御を風力発電装置１の制御回路２０に行わせる構成としたため、風力発電装置１の動作に応じて、進相コンデンサ１０を最も効率的に利用することが可能となる。
【００４４】
次に、図５乃至図７を参照して、ハンディ端末３０の具体的な動作を説明する。図５はハンディ端末の動作を示すフローチャートで、図６はハンディ端末の初期画面の一例を示す図で、図７はハンディ端末のコンデンサ投入設定画面の一例を示す図である。
なお、このフローチャートでは一例として、風力発電装置１が、タワー下部に設置されたタワー側制御回路２０Ａと、ナセル内に収容されたナセル側制御回路２０Ｂの２つの制御回路を有する場合につき説明している。
【００４５】
まず、ハンディ端末３０の接続部３１が風力発電装置１の接続端２５に接続され（Ｓ１１）、ハンディ端末３０の電源が起動されたら、表示部３４に初期画面を表示する（Ｓ１２）。初期画面の一例を図６に示す。初期画面１００には、操作権利を設定するための操作権利選択ボタン１０１と、保守モードと運転操作モードとを切り替えるためのモード選択ボタン１０４とが表示されている。
操作権利選択ボタン１０１は、タワー（側制御回路）ボタン１０２とナセル（側制御回路）ボタン１０３とを有しており、自ハンディ端末３０を接続した側のボタンを押下して制御回路２０を選択する（Ｓ１３）。
【００４６】
ナセルボタン１０３が押下された場合にはナセル側制御回路２０Ｂに操作権利が付与され、ナセル側制御回路２０Ｂに接続されたハンディ端末３０からの操作信号を受け付ける状態となる（Ｓ１４）。このとき、タワー側制御回路２０Ａに接続されたハンディ端末３０からの操作信号は受け付けないようになっている。
一方、タワーボタン１０２が押下された場合にはタワー側制御回路２０Ａに操作権利が付与され、タワー側制御回路２０Ａに接続されたハンディ端末３０からの操作信号を受け付ける状態となる（Ｓ１５）。このとき、ナセル側制御回路２０Ｂに接続されたハンディ端末３０からの操作信号は受け付けないようになっている。
【００４７】
以下のステップは、いずれか選択された側の制御回路２０に対するハンディ端末３０の動作である。
制御回路２０の操作権利が選択されたら、次いでモード選択ボタン１０４でモードを選択する（Ｓ１６）。モード選択ボタン１０４は、保守モードボタン１０５と運転操作モードボタン１０６とを有しており、運転操作モードボタン１０６を押下することにより運転操作モードに移行し（Ｓ１７）、保守モードボタン１０５を押下することにより保守モードに移行する（Ｓ１８）。運転操作モードの内容は省略する。
【００４８】
保守モードに移行したら、コンデンサ投入設定画面が表示される（Ｓ１９）。コンデンサ投入設定画面の一例を図７に示す。コンデンサ投入設定画面１１０には、進相コンデンサ１０の投入設定を使用するか使用しないかを選択するコンデンサ投入設定ボタン１１１と、進相コンデンサ１０が複数設けられている場合に、コンデンサごとに解列、並列（接続）を設定する個別設定ボタン１１２とが表示されている。
コンデンサ投入設定ボタン１１１でコンデンサ投入設定の使用を選択したら（Ｓ２０）、個別設定ボタン１１２で各進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの接続、並列（接続）をそれぞれ設定する（Ｓ２１）。なお、コンデンサ設定ボタン１１１は、一度押下したら使用の設定となり、再度押下したら不使用の設定となる。ただし、図７に示す各ボタンの構成はこれに限定されない。
【００４９】
そして、各進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの接続、並列がそれぞれ設定されたら、これらの操作信号を制御回路２０に伝送する。
制御回路２０では、この操作信号に基づいて、上記したような力率改善制御ロジックを実行する。
【００５０】
このように、保守モード時に、タッチパネル等の操作端群３２から入力されるコンデンサ投入設定ボタン１１１、個別設定ボタン１１２の操作信号に基づいて、風力発電装置１の待機状態又は運転時に、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを発電出力ライン５に接続、解列することにより、必要に応じて簡単な操作でもって配電系統５０側の力率改善が図れる。またコンデンサ投入設定に関する操作信号をハンディ端末２０から入力する構成としたため、風力発電装置１のメンテナンス時などに、風力発電装置１の待機又は停止操作に対応して現場の作業員が迅速に進相コンデンサの再投入を行うことができ、利便性が向上するとともに進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの利用率を高めることも可能となる。さらに、系統５０側で推定される遅れ力率に応じて各進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの接続を個別に設定することで、安定的に系統側の力率改善を行うことが可能となる。
【図１】
2011101970.tif 000003
【図２】
2011101970.tif 000004
【図３】
2011101970.tif 000005
【図４】
2011101970.tif 000006
【図５】
2011101970.tif 000007
【図６】
2011101970.tif 000008
【図７】
2011101970.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼の回転を受けて駆動される誘導発電機と、前記誘導発電機の出力を配電系統に出力する発電出力ラインと、前記発電出力ラインに並列接続された１又は複数の進相コンデンサとを有する風力発電装置の保守運転方法において、
前記回転翼をフェザリング（回転停止）状態に置く保守モード選択時に、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を解除する第１のステップと、
前記風力発電装置の外部に設けた操作信号生成手段からの操作信号により、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を復帰させる第２のステップとを有し、
前記発電出力ラインに接続復帰された前記進相コンデンサが、前記配電系統との連系部を介して配電系統側のリアクトル負荷の力率改善を行うとともに、
前記操作信号生成手段が、前記風力発電装置のナセル及びタワーの少なくとも一方に設けられた接続端に接続される接続部と、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除を行う操作信号を生成する操作ボタンを有する操作端群と、前記操作端の操作状態を表示する表示部とを備えた風力発電装置用ハンディ端末であることを特徴とする風力発電装置の保守運転方法。
【請求項２】
地上若しくは水上に立設させたタワーに支持されたナセル、およびそのナセルに翼ピッチ制御可能に取り付けられた複数の回転翼を備え、
前記回転翼の回転を受けて駆動される誘導発電機を前記ナセル内に収納するとともに、前記誘導発電機の出力を配電系統に出力する発電出力ラインと、前記発電出力ラインに並列接続された１又は複数の進相コンデンサとを前記ナセル若しくは前記タワー内に収納した風力発電装置において、
前記ナセル若しくは前記タワーの少なくとも一方に、前記発電出力ラインと前記進相コンデンサとの接続若しくは接続解除を行う制御回路を設け、
前記制御回路は、前記回転翼を回転状態からフェザリング（回転停止）状態に置く保守モード切り替え時に、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を解除する第１の制御部と、
外部に設けた操作信号生成手段からの操作信号により、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を復帰させる第２の制御部と、
前記発電出力ラインに接続復帰された前記進相コンデンサを、配電系統との連系部を介して前記配電系統側に接続する第３の制御部とを備え、
前記外部に設けた操作信号生成手段が、前記ナセル若しくは前記タワーの少なくとも一方に設けられた接続端に接続される接続部と、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除を行う操作信号を生成する操作ボタンを有する操作端群と、前記操作端の操作状態を表示する表示部とを備えた風力発電装置用ハンディ端末であることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
前記進相コンデンサが前記発電出力ラインに複数並列接続されており、前記操作端群は、前記複数の進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除をそれぞれ個別に設定可能であることを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発電機と進相コンデンサとを有する風力発電装置の保守運転方法及び風力発電装置に係り、特に、地上若しくは水上に立設させたタワーと、該タワーにヨー制御可能に支持されたナセルと、該ナセルに翼ピッチ制御可能に取り付けられた複数の回転翼とを備えた風力発電装置にて、進相コンデンサにより力率改善を行うようにした風力発電装置の保守運転方法及び風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全の観点から、再生可能エネルギーの一つである風力を利用した風力発電装置の普及が進んでいる。
風力発電装置のうち大型の装置は、回転翼が取り付けられたロータヘッドと、ドライブトレイン及び発電機を収納するナセルと、ナセルを支持するタワーとで構成されている。ここでドライブトレインは、ロータヘッド側から発電機側にトルクを伝達するためのものであり、通常は増速機が組み込まれ、ロータヘッドの回転を増速して発電機に入力するようにした、いわゆるナセル型風力発電装置が多く採用されている。
【０００３】
このような風力発電装置には誘導発電機が広く用いられている。しかし、誘導発電機では、運転力率は発電機出力に対応して決定するため力率制御することができなかった。そこで従来は、風力発電装置の発電出力ラインに進相コンデンサを並列接続し、発電出力の遅れ力率を改善することが行われている。
【０００４】
例えば、特開平１１−４１９９０号公報（特許文献１）には、誘導発電機の出力ラインに電磁開閉器を介して進相コンデンサを接続した発電ユニットを複数並設し、発電総合出力の低下に応じて出力ラインに接続される進相コンデンサの個数を増大させ、発電出力の力率を一定に制御する構成が開示されている。また、特開２００６−１０９５６８号公報（特許文献２）には、誘導発電機と配電系統とを結ぶ出力ラインに連系装置を介挿しており、この連系装置は、誘導発電機を配電系統に連系させるためのコンタクタを有し、コンタクタと配電系統との間の出力ラインにスイッチング素子を介して進相コンデンサを接続した構成が開示されている。この構成によれば、コンタクタをオンする前に進相コンデンサを出力ラインに接続させることで、誘導発電機の系統連系時における電力変動の抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−４１９９０号公報
【特許文献２】特開２００６−１０９５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の風力発電装置が備える進相コンデンサを用いた力率改善回路は、発電出力の力率改善のみを目的としており、風力発電装置の待機状態又は停止時には進相コンデンサを解列してこれを使用していなかったため、進相コンデンサの利用率は高くなかった。
【０００７】
一方、配電系統内にはリアクトル負荷が多く存在し、これらのリアクトル負荷には遅れ力率が発生するが、これを改善するために個々の負荷に対して力率改善回路を装備することはコスト面から難しかった。また、例えば、系統側の各家庭や事業所等に設けられるエアコン等のインバータ機器に進相コンデンサを投入すると、発熱や発火のおそれがでてくるため、進相コンデンサ設置は発熱や発火の問題が生じない電気機器類に限られていた。
力率改善回路を備えないリアクトル負荷が多く存在すると、総合的な系統力率が低下して皮相電力が大きくなり、これに対応するため変圧器や遮断器等の容量を大きくしなければならなくなる。
【０００８】
したがって、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、風力発電装置が備える進相コンデンサを有効利用するとともに系統側の力率改善に寄与できる風力発電装置の保守運転方法及び風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る風力発電装置の保守運転方法は、回転翼の回転を受けて駆動される誘導発電機と、前記誘導発電機の出力を配電系統に出力する発電出力ラインと、前記発電出力ラインに並列接続された１又は複数の進相コンデンサとを有する風力発電装置の保守運転方法において、前記回転翼をフェザリング（回転停止）状態に置く保守モード選択時に、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を解除する第１のステップと、前記風力発電装置の外部に設けた操作信号生成手段からの操作信号により、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を復帰させる第２のステップとを有し、前記発電出力ラインに接続復帰された前記進相コンデンサが、前記配電系統との連系部を介して配電系統側のリアクトル負荷の力率改善を行うとともに、前記操作信号生成手段が、前記風力発電装置のナセル及びタワーの少なくとも一方に設けられた接続端に接続される接続部と、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除を行う操作信号を生成する操作ボタンを有する操作端群と、前記操作端の操作状態を表示する表示部とを備えた風力発電装置用ハンディ端末であることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、保守モードで風力発電装置が待機状態又は停止している時に、発電出力ラインから接続が解除された進相コンデンサを、手動操作若しくは自動操作により再度発電出力ラインに接続することで、進相コンデンサを配電系統側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置が備える進相コンダクタを有効利用するとともに系統側の力率改善に寄与することが可能となる。なお、配電（商用）系統とは、商用電源から負荷に給電する系統をいう。
【００１１】
また、本発明に係る風力発電装置は、地上若しくは水上に立設させたタワーに支持されたナセル、およびそのナセルに翼ピッチ制御可能に取り付けられた複数の回転翼を備え、前記回転翼の回転を受けて駆動される誘導発電機を前記ナセル内に収納するとともに、前記発電機の出力を配電系統に出力する発電出力ラインと、前記発電出力ラインに並列接続された１又は複数の進相コンデンサとを前記ナセル若しくは前記タワー内に収納した風力発電装置において、前記ナセル若しくは前記タワーの少なくとも一方に、前記発電出力ラインと前記進相コンデンサとの接続若しくは接続解除を行う制御回路を設け、前記制御回路は、前記回転翼を回転状態からフェザリング（回転停止）状態に置く保守モード切り替え時に、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を解除する第１の制御部と、外部に設けた操作信号生成手段からの操作信号により、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続を復帰させる第２の制御部と、前記発電出力ラインに接続復帰された前記進相コンデンサを、配電系統との連系部を介して前記配電系統側に接続する第３の制御部とを備え、前記外部に設けた操作信号生成手段が、前記ナセル若しくは前記タワーの少なくとも一方に設けられた接続端に接続される接続部と、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除を行う操作信号を生成する操作ボタンを有する操作端群と、前記操作端の操作状態を表示する表示部とを備えた風力発電装置用ハンディ端末であることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、保守モードで風力発電装置が待機状態又は停止している時に、発電出力ラインから接続が解除された進相コンデンサを、外部の操作信号生成手段からの操作信号に基づき制御回路により再度発電出力ラインに接続することで、進相コンデンサを配電系統側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置が備える進相コンダクタを有効利用するとともに系統側の力率改善に寄与することが可能となる。また、これらの一連の制御を風力発電装置の制御回路に行わせる構成としたため、風力発電装置の動作に応じて、進相コンデンサを最も効率的に利用することが可能となる。
【００１３】
さらに、前記外部に設けた操作信号生成部が、前記ナセル若しくは前記タワーの少なくとも一方に設けられた接続端に接続される接続部と、前記進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除を行う操作信号を生成する操作ボタンを有する操作端群と、前記操作端の操作状態を表示する表示部とを備えた風力発電装置用ハンディ端末であることが好ましい。
【００１４】
これは、進相コンデンサの接続若しくは接続解除を指令する操作信号を、風力発電装置に接続可能なハンディ端末から入力する構成としたため、風力発電装置のメンテナンス時などに、風力発電装置の待機又は停止操作に対応して現場の作業員が迅速に進相コンデンサの再投入を行うことができ、利便性が向上するとともにコンデンサの利用率を高めることも可能となる。
【００１５】
さらにまた、前記進相コンデンサが前記発電出力ラインに複数並列接続されており、前記操作端群は、前記複数の進相コンデンサと前記発電出力ラインとの接続若しくは接続解除をそれぞれ個別に設定可能であることが好ましい。
このように、配電系統側で推定される遅れ力率に応じて各進相コンデンサの接続を個別に設定することで、安定的に系統側の力率改善を行うことが可能となる。また、進相コンデンサの状態に応じて接続若しくは接続解除を選択可能であるため、機器の耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上記載のように本発明によれば、保守モードで風力発電装置が待機状態又は停止している時に、発電出力ラインから接続が解除された進相コンデンサを、手動操作若しくは自動操作により再度発電出力ラインに接続することで、進相コンデンサを配電系統側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置が備える進相コンダクタを有効利用するとともに系統側の力率改善に寄与することが可能となる。
また、これらの一連の力率改善制御を風力発電装置の制御回路に行わせる構成とすることにより、風力発電装置の動作に応じて、進相コンデンサを最も効率的に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る風力発電装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る風力発電装置の保守方法を示す基本フロー図である。
【図３】風力発電装置の具体的構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る風力発電装置の機能ブロック図である。
【図５】ハンディ端末の動作を示すフローチャートである。
【図６】ハンディ端末の初期画面の一例を示す図である。
【図７】ハンディ端末のコンデンサ投入設定画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
まず最初に、図１を参照して、本発明の実施形態に係る風力発電装置の全体構成を説明する。
風力発電装置１は、回転翼２の回転を受けて駆動される誘導発電機３と、誘導発電機３の出力を配電系統５０に出力する発電出力ライン５と、発電出力ライン５に並列接続された１又は複数の進相コンデンサ１０（１０Ａ、１０Ｂ）とを有する。
【００２０】
発電出力ライン５上には変圧器７が設けられ、誘導発電機３と変圧器７の間にはリレースイッチ６が介挿されている。
さらに、発電出力ライン５には、リレースイッチ９（９Ａ、９Ｂ）を介して進相コンデンサ１０が並列接続されている。リレースイッチ９は、進相コンデンサ１０を発電出力ライン５に接続、解列するために配置される。なお、進相コンデンサ１０が複数設けられている場合には、発電出力ライン５に対してそれぞれ接続、解列可能なように、複数の進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂごとにリレースイッチ９Ａ、９Ｂが設けられていることが好ましい。
【００２１】
また、風力発電装置１は、該装置の保守又は運転制御を行う制御回路２０を有している。制御回路２０は、主に、風力発電装置１が具備する各機器からセンサ信号を受け取り、このセンサ信号に基づいて各機器の制御を行うものである。
さらに本実施形態の風力発電装置１は、外部に設けた操作信号生成部を有しており、制御回路２０はこの操作信号生成部からの操作信号を受け取り、操作信号に基づき風力発電装置１の保守又は運転制御を行う構成を備えることが好ましい。
操作信号生成部は、ハンディ端末３０であってもよく、以下の説明では一例として操作信号生成部にハンディ端末３０を用いた場合を示している。
【００２２】
発電出力ライン５は、変圧器７の後流側で、連系部６０を介して配電（商用）系統５０に連系している。連系部６０には、系統連系盤（図示略）が設けられていてもよく、系統連系盤は発電出力ライン５と配電系統５０の連系に必要な機器を装備していることが好ましい。
配電系統５０は、商用電源５１から変圧器５２を介してリアクトル負荷５３、５４に給電する系統をいう。本実施形態でリアクトル負荷５３、５４は、商用電源５１と風力発電装置１を用いた併用型の配電系統５０に接続される電気機器である。特に、リアクトル負荷５３、５４は、風力発電装置１が設けられた設備内の機器や、風力発電装置１が有する補機であってもよい。
【００２３】
このような構成を有する風力発電装置１において、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂは、主に、風力発電装置１の運転時に発電出力の力率改善を行うために用いられる。すなわち、風力発電装置１の運転時、発電出力ライン５上のリレースイッチ６を制御回路２０により閉に制御するとともに、リレースイッチ９Ａ、９Ｂも閉にし、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂが発電出力ライン５に接続された状態として、発電出力の力率改善を実施する。
【００２４】
これに加えて本実施形態では、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを、風力発電装置１の待機状態又は停止時にも使用する構成とし、配電系統５０側の力率改善に寄与するようにした。
図２を参照して、本発明の実施形態に係る風力発電装置の保守方法を示す基本フローにつき説明する。
制御回路２０により風力発電装置１の保守モードが選択された時、回転翼２はフェザリング（回転停止）状態に制御され、風力発電装置１は待機状態になるか又は停止される（Ｓ１）。このとき、制御回路２０によりリレースイッチ９Ａ、９Ｂは開に制御され、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂと発電出力ライン５との接続は解除される（Ｓ２）。この状態が、一般的な風力発電装置１の待機又は停止状態である。
【００２５】
本実施形態では、保守モードに設定された後、必要に応じて手動操作若しくは自動操作により、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの発電出力ライン５への接続を復帰させる（Ｓ３）。
このように、保守モードで風力発電装置１が待機状態又は停止している時に、発電出力ライン５から接続が解除された進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを、手動操作若しくは自動操作により再度発電出力ライン５に接続することで、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを配電系統５０側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置１が備える進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを有効利用するとともに系統５０側の力率改善に寄与することが可能となる。
【００２６】
次に、本実施形態の変形例として、ナセル型風力発電装置において、ハンディ端末３０を用いて進相コンダクタ１０の投入設定（配電系統の力率改善）を行う場合につき説明する。
【００２７】
図３は風力発電装置の具体的構成例を示す図である。
風力発電装置１は、地上若しくは水上の基礎上に立設されたタワー１１と、タワー１１の上端に設置されたナセル１２と、ナセル１２に取り付けられたロータヘッド１３と、ロータヘッド１３に取り付けられた複数枚の回転翼２と、回転翼２をピッチ駆動させるピッチ駆動装置１４とを有している。
【００２８】
タワー１１は、基礎から上方に延びる柱状であり、例えば、一本の柱状部材で構成してもよいし、複数のユニットを上下方向に連結して柱状に構成してもよい。タワー１１が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル１２が設置される。
ナセル１２は、ロータヘッド１３を支持するとともに、その内部にドライブトレイン１５や誘導発電機３を収納している。
ドライブトレイン１５は、ロータヘッド１３に連結された主軸１６と、主軸１６に連結された増速機１７と、増速機１７を誘導発電機３に連結するカップリング１８とを有する。
【００２９】
主軸１６は、回転翼２およびロータヘッド１３とともに回転するようにロータヘッド１３に連結されるとともに、主軸受によって回転可能にケーシング側に固定されている。
増速機１７は、主軸１６とカップリング１８との間に配置され、主軸１６を介してロータヘッド１３側から入力された回転を増速して、カップリング１８に出力するようになっている。増速機１７は、特に限定されないが、例えば、遊星増速機構および平歯車増速機構（いずれも不図示）を組み合わせたものを用いることができる。
ピッチ駆動装置１４は、回転翼２を軸線（図中、一点鎖線）周りに回転させて回転翼２のピッチ角を変更する。
【００３０】
制御回路２０は、タワー１１下部に設置されたタワー側制御回路２０Ａと、ナセル１２内に収容されたナセル側制御回路２０Ｂとを有し、両制御回路２０Ａ、２０Ｂは電気的に接続されている。
タワー側制御回路２０Ａは、発電盤１９内に収納されている。さらに発電盤１９には、発電出力ライン５に並列接続された進相コンデンサ１０が収納されていてもよい。
また、タワー側制御回路２０Ａと、ナセル側制御回路２０Ｂに対応して、風力発電装置１にそれぞれ接続端２５Ａ、２５Ｂが設けられている。接続端２５Ａはタワー側制御回路２０Ａに、接続端２５Ｂはナセル側制御回路２０Ｂに電気的に連結している。そして、この接続端２５Ａ、２５Ｂを介してハンディ端末３０からの各種操作信号が制御回路２０Ａ、２０Ｂ内に入力されるようになっている。
【００３１】
図４は本発明の実施形態に係る風力発電装置の機能ブロック図である。なお、同図では風力発電装置１とハンディ端末３０とを別々に記載しているが、ハンディ端末３０は風力発電装置１の外部操作信号生成部であるため装置に含まれるものである。
【００３２】
風力発電装置１の接続端２５及びハンディ端末３０の接続部３１は、複数の風力発電装置１において標準化されており、ハンディ端末３０はいずれの風力発電装置１にも接続可能となっている。
なお、ハンディ端末３０の接続部３１は、風力発電装置１の接続端２５に対して直接接続されてもよいし、伝送ケーブルを介して接続されてもよい。このような接続方法によってハンディ端末３０から風力発電装置１にデータ伝送される構成とすることにより、データ転送容量が大きくなり、複数の制御ロジックの操作信号を短時間で伝送することが可能となる。
【００３３】
風力発電装置１は、主として、接続端２５と、入出力インタフェース２６と、複数の制御ロジックを有する制御回路２０とを備える。
制御回路２０は、接続端２５を介して、ハンディ端末３０より入力された操作信号や各種センサ類からの検出信号を受け取り、各種演算処理を実行して制御信号を生成し、この制御信号を風力発電装置１の各機器に送る。
この制御回路２０は、不図示のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶装置等を含むハードウェアで構成され、これらのハードウェアにより制御ロジックの機能が実現されることが好ましい。なお、ここでは一例として、各制御ロジックはソフトウェアによって実現される場合を示しているが、ハードウェアロジック（ロジック回路）によって構成してもよいことは勿論である。
【００３４】
入出力インタフェース２６は、ハンディ端末３０や各種センサ類や各種設備機器等から信号を受け取り、各制御回路２０に渡すとともに、制御回路２０で生成した制御信号を各機器に伝送する。なお、前記接続端２５を含んで入出力インタフェース２６と呼んでもよい。
制御ロジックは、ハンディ端末３０より入力された操作信号ａ１、ａ２、ａ３により動作条件が設定され、この動作条件の下で制御ロジックにより演算処理して制御信号ｂ１、ｂ２、ｂ３を生成する。
操作信号ａ１、ａ２、ａ３は、制御ロジックを選択的に有効にするための選択信号や、制御ロジックの条件設定を行なう数値信号であり、この操作信号が制御回路２０に入力されることにより、制御ロジックの有効・無効が設定されたり、制御ロジックに数値条件が入力されたりし、これらの動作条件下で制御ロジックにより制御信号ｂ１、ｂ２、ｂ３が生成される。
【００３５】
本実施形態では、制御ロジックは、少なくとも進相コンデンサ１０の接続又は解列を含む力率改善制御ロジック２１を含む。
力率改善制御ロジック２１は、保守モードへのモード切り替え信号を受けて、発電出力ライン５から進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを解列する第１の制御部２２と、ハンディ端末３０から入力された操作信号により、発電出力ライン５と進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂとの接続を復帰させる第２の制御部２３と、発電出力ライン５に接続復帰された進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを、配電系統５０との連係部６０を介して配電系統側に接続させる第３の制御部２４とを有する。なお、発電出力ライン５と進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂとの接続や解列は、リレースイッチ９Ａ、９Ｂで行うことができ、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂと配電系統５０側との接続は、リレースイッチ６で行うことができる。この力率改善制御ロジック２１は、上述の図２に記載した制御とほぼ同一の内容を含む。
【００３６】
制御回路２０は上記したような制御ロジックを複数有していてもよく、同一サイト内に設置された複数の風力発電装置１において、制御ロジックの組み合わせは共通であることが好ましい。このように、風力発電装置１の制御回路２０が、同一サイト内の他の風力発電装置１に対応可能な共通の制御ロジックを有することにより、制御回路２０の構成を標準化することができ、コスト低減が図れる。
【００３７】
ハンディ端末３０は、主として、接続部３１と、操作端群３２と、表示部３４とを有する。さらにこれに加えて、パネル制御部３８と、操作ボタン制御部３９と、画面表示制御部４０とを有していてもよい。
このハンディ端末３０は、風力発電装置１の運転操作モードと保守モードとを選択的に切り替えて、対応するそれぞれのモードで所定の制御動作を行なわしめるものである。
【００３８】
表示部３４は、操作端の操作状態を表示するもので、液晶ディスプレイ等が用いられる。
操作端群３２は、風力発電装置１内に組み込まれた制御回路２０内の制御ロジックを選択的に有効とする操作信号を生成する。この操作端群３２は、表示部３４とは別に設けたキーボード等であってもよいが、好ましくは、表示部３４の上面に接触操作可能なタッチパネル３３とする。なお、ここで用いるタッチパネル３３の動作方式は一般的な方式（例えば、抵抗膜方式）を用いることができる。
【００３９】
また、操作端群３２は、制御回路２０の保守モードと運転操作モードとを選択的に有効とするモード選択ボタン３５と、複数の制御回路２０のうち操作権利を付与する制御回路を選択する操作権利選択ボタン３７と、モード選択ボタン３５による保守モード選択時に、進相コンデンサの投入設定を行うコンデンサ投入設定ボタン３７とを有する。これらの操作ボタンは、タッチパネル３３により表示部３４に表示させることが好ましい。
【００４０】
パネル制御部３８は、操作端が表示部３４に表示されたタッチパネル３３である場合に設けられ、タッチパネル３３上に目的とする操作ボタンを現出させるとともに、この操作ボタンの押圧を検出して操作信号を生成する。このように、パネル制御部３８によってタッチパネル３３上に目的とする操作ボタンを現出させることにより、設定画面と操作ボタンとを画面上に同一表示可能で、かつスイッチング操作可能となり、視覚的に操作しやすくなる。また、パネル制御部３８は、保守モードが選択された際にコンデンサ投入設定ボタン３７が表示部３４に現出するように構成することが好ましい。
【００４１】
操作ボタン制御部３９は、主に、操作端群３２が有する操作ボタンの表示部３４への現出制御若しくは有効・無効の制御を行う。この操作ボタン制御部３９により、作業内容に応じて操作ボタンを表示部３４に現出させたり、操作ボタンの有効・無効を制御可能となり、ハンディ端末３０の操作性能を向上させることができる。特に、一つの風力発電装置１が複数の制御回路２０Ａ、２０Ｂを有する場合において、操作ボタン制御部３９によって、必要に応じて操作ボタンの表示制御、有効・無効制御を行うことにより、２つの制御回路からの操作信号が混在してしまい保守制御の挙動が不安定となったり、メンテナンス作業の安全性が低下することを防止できる。
【００４２】
さらに、操作ボタン制御部３９は、制御回路２０が複数存在する場合に、いずれかの制御回路２０に操作権利を付与するための操作権利選択ボタン３７を現出させる機能を有することが好ましい。操作権利とは、操作ボタンから入力された操作の有効、無効を設定するもので、操作権利が与えられた制御回路２０に接続されたハンディ端末３０からは操作を受け付けるが、操作権利が与えられない制御回路２０に接続されたハンディ端末３０からは操作が受け付けられない。このとき、操作権利により操作の有効、無効の制約がかけられる操作ボタンを予め設定するようにしてもよい。
【００４３】
このように、保守モードで風力発電装置１が待機状態又は停止している時に、発電出力ラインから接続が解除された進相コンデンサ１０を、ハンディ端末３０からの操作信号に基づき制御回路２０により再度発電出力ライン５に接続することで、進相コンデンサ１０を配電系統５０側の力率改善に用いることができ、これにより風力発電装置１が備える進相コンデンサ路を有効利用するとともに系統５０側の力率改善に寄与することが可能となる。また、これらの一連の制御を風力発電装置１の制御回路２０に行わせる構成としたため、風力発電装置１の動作に応じて、進相コンデンサ１０を最も効率的に利用することが可能となる。
【００４４】
次に、図５乃至図７を参照して、ハンディ端末３０の具体的な動作を説明する。図５はハンディ端末の動作を示すフローチャートで、図６はハンディ端末の初期画面の一例を示す図で、図７はハンディ端末のコンデンサ投入設定画面の一例を示す図である。
なお、このフローチャートでは一例として、風力発電装置１が、タワー下部に設置されたタワー側制御回路２０Ａと、ナセル内に収容されたナセル側制御回路２０Ｂの２つの制御回路を有する場合につき説明している。
【００４５】
まず、ハンディ端末３０の接続部３１が風力発電装置１の接続端２５に接続され（Ｓ１１）、ハンディ端末３０の電源が起動されたら、表示部３４に初期画面を表示する（Ｓ１２）。初期画面の一例を図６に示す。初期画面１００には、操作権利を設定するための操作権利選択ボタン１０１と、保守モードと運転操作モードとを切り替えるためのモード選択ボタン１０４とが表示されている。
操作権利選択ボタン１０１は、タワー（側制御回路）ボタン１０２とナセル（側制御回路）ボタン１０３とを有しており、自ハンディ端末３０を接続した側のボタンを押下して制御回路２０を選択する（Ｓ１３）。
【００４６】
ナセルボタン１０３が押下された場合にはナセル側制御回路２０Ｂに操作権利が付与され、ナセル側制御回路２０Ｂに接続されたハンディ端末３０からの操作信号を受け付ける状態となる（Ｓ１４）。このとき、タワー側制御回路２０Ａに接続されたハンディ端末３０からの操作信号は受け付けないようになっている。
一方、タワーボタン１０２が押下された場合にはタワー側制御回路２０Ａに操作権利が付与され、タワー側制御回路２０Ａに接続されたハンディ端末３０からの操作信号を受け付ける状態となる（Ｓ１５）。このとき、ナセル側制御回路２０Ｂに接続されたハンディ端末３０からの操作信号は受け付けないようになっている。
【００４７】
以下のステップは、いずれか選択された側の制御回路２０に対するハンディ端末３０の動作である。
制御回路２０の操作権利が選択されたら、次いでモード選択ボタン１０４でモードを選択する（Ｓ１６）。モード選択ボタン１０４は、保守モードボタン１０５と運転操作モードボタン１０６とを有しており、運転操作モードボタン１０６を押下することにより運転操作モードに移行し（Ｓ１７）、保守モードボタン１０５を押下することにより保守モードに移行する（Ｓ１８）。運転操作モードの内容は省略する。
【００４８】
保守モードに移行したら、コンデンサ投入設定画面が表示される（Ｓ１９）。コンデンサ投入設定画面の一例を図７に示す。コンデンサ投入設定画面１１０には、進相コンデンサ１０の投入設定を使用するか使用しないかを選択するコンデンサ投入設定ボタン１１１と、進相コンデンサ１０が複数設けられている場合に、コンデンサごとに解列、並列（接続）を設定する個別設定ボタン１１２とが表示されている。
コンデンサ投入設定ボタン１１１でコンデンサ投入設定の使用を選択したら（Ｓ２０）、個別設定ボタン１１２で各進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの接続、並列（接続）をそれぞれ設定する（Ｓ２１）。なお、コンデンサ設定ボタン１１１は、一度押下したら使用の設定となり、再度押下したら不使用の設定となる。ただし、図７に示す各ボタンの構成はこれに限定されない。
【００４９】
そして、各進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの接続、並列がそれぞれ設定されたら、これらの操作信号を制御回路２０に伝送する。
制御回路２０では、この操作信号に基づいて、上記したような力率改善制御ロジックを実行する。
【００５０】
このように、保守モード時に、タッチパネル等の操作端群３２から入力されるコンデンサ投入設定ボタン１１１、個別設定ボタン１１２の操作信号に基づいて、風力発電装置１の待機状態又は運転時に、進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂを発電出力ライン５に接続、解列することにより、必要に応じて簡単な操作でもって配電系統５０側の力率改善が図れる。またコンデンサ投入設定に関する操作信号をハンディ端末２０から入力する構成としたため、風力発電装置１のメンテナンス時などに、風力発電装置１の待機又は停止操作に対応して現場の作業員が迅速に進相コンデンサの再投入を行うことができ、利便性が向上するとともに進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの利用率を高めることも可能となる。さらに、系統５０側で推定される遅れ力率に応じて各進相コンデンサ１０Ａ、１０Ｂの接続を個別に設定することで、安定的に系統側の力率改善を行うことが可能となる。
【国際調査報告】
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